一種光子晶體微球、其制備方法及應用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種光子晶體微球、其制備方法及應用。所述光子晶體微球，包括光子晶體內核和聚合物外殼；內核為聚苯乙烯-聚(N-異丙基丙烯酰胺)共聚物納米粒子懸浮液，納米粒子的平均粒徑在110nm至190nm之間；外殼為疏水性光引發(fā)樹脂，厚度在30μm至50μm之間。其制備方法包括以下步驟：(1)將苯乙烯、N-異丙基丙烯酰胺、十二烷基磺酸鈉和引發(fā)劑均勻混合，發(fā)生乳液聚合反應制得懸浮液；(2)采用微流控技術，以懸浮液為內相，以樹脂單體及引發(fā)劑體系為中間相，在連續(xù)相水溶液的剪切力作用下形成單分散的核殼結構乳液液滴；(3)紫外光照射使樹脂單體聚合固化。應用于生物分子檢測和編碼，穩(wěn)定性好，顏色鮮艷，辨識度高。
【專利說明】-種光子晶體微球、其制備方法及應用

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于光子晶體領域，更具體地，涉及一種光子晶體微球、其制備方法及應 用。

【背景技術】
[0002] 光子晶體是由具有不同折射率的材料在空間交替構成的一種周期性結構，其最根 本的特征是具有光子禁帶，即落在禁帶中的光是被禁止傳播的。由于其獨特的光學性質，光 子晶體被廣泛應用于多種光學器件如調制器、傳感器、顯示器等的制備；此外在臨床診斷、 基因分析、藥物篩選和多元分析等領域也發(fā)揮著重要的作用。
[0003] 多元檢測分析是對數(shù)量巨大的不同待檢測分子同時進行分析。因此就需要將與不 同待檢測分子相對應的探針分子進行編碼，從而實現(xiàn)對待檢測分子的分析和跟蹤。目前主 要有兩種編碼載體：固定編碼載體和流動編碼載體。相比而言，流動編碼載體具有更大的優(yōu) 勢，例如操作簡單、檢測速度快、可操控性強、重復性好等優(yōu)點，其中基于光學檢測的流動編 碼載體被廣為采用。目前，基于光學檢測的流動編碼載體主要包括基于熒光檢測的流動編 碼載體（如熒光和量子點標記的微球等）和基于反射光譜檢測的流動編碼載體（如光子晶 體微球等）。相對而言，光子晶體編碼微球具有更多的優(yōu)點，如編碼穩(wěn)定性好、不會發(fā)生光淬 滅、沒有信號干擾、沒有生物毒性等。
[0004] 目前，大部分光子晶體編碼微球的制備多采用乳滴-溶劑揮發(fā)誘導自組裝法，其 獲得的光子晶體微球為單一的結構。例如，Zhongze Gu等人2008年在Small雜志上報道 的工作是利用單乳液微流控技術制備了光子晶體微球。具體方法是通過微流控技術將二氧 化硅（Si02)納米粒子的水相懸浮液制成乳液液滴并分散在硅油中，經(jīng)過長時間的水分揮 發(fā)可使納米粒子自組裝成光子晶體微球；再通過后處理（如溶劑處理、煅燒等，接枝功能性 分子等），得到具有編碼能力的光子晶體微球。盡管這種方法獲得的光子晶體微球具有很好 的編碼能力，但是該方法也存在一定的弊端，其自組裝較為困難，導致制備周期長、操作過 程繁瑣、獲得的微球穩(wěn)定性能較差、微球表面可反應性基團單一等。解決上述難題的途徑之 一是可以采用雙乳液微流控技術將膠體晶體懸浮液包覆在聚合物殼層內部，從而獲得核殼 結構的單分散光子晶體微球。然而，目前具有核殼結構的光子晶體微球都無法應用于編碼 以及多元分析領域，一方面外部刺激（如溫度、pH和離子強度等）會影響內核中的膠體晶 體的晶格結構從而致使其不能獲得穩(wěn)定的編碼信號；另一方面具有核殼結構的光子晶體微 球顏色不夠鮮艷，導致分辨率不高。


【發(fā)明內容】

[0005] 針對現(xiàn)有技術的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明提供了一種光子晶體微球、其制備 方法及應用，其目的在于通過控制核殼結構中光子晶體內核的成分及微觀結構，提供一種 穩(wěn)定、顏色鮮艷且辨識度高的光子晶體微球，由此解決現(xiàn)有的光子晶體微球穩(wěn)定性差，顏色 不鮮艷，用于編碼信號分辨率不高的技術問題。
[0006] 為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個方面，提供了一種光子晶體微球，包括光子晶 體內核和光聚合物外殼；所述光子晶體內核直徑在270 μ m至300 μ m之間，為聚苯乙烯-聚 異丙基丙烯酰胺共聚物納米粒子懸浮液，所述聚苯乙烯-聚異丙基丙烯酰胺共聚物納米 粒子的平均粒徑在ll〇nm至190nm之間；所述光聚合物外殼為疏水性光引發(fā)樹脂，厚度在 30 μ m Μ 50 μ m 111〇。
[0007] 優(yōu)選地，所述光子晶體微球，其所述疏水性樹脂為含有質量比例為1%?5%丙烯 酸酯的乙氧基化三羥甲基丙烷三丙烯酸酯。
[0008] 優(yōu)選地，所述光子晶體微球，其所述聚苯乙烯-聚異丙基丙烯酰胺共聚物納米粒 子的平均粒徑在llOnm至130nm、130nm至150nm或170至190nm之間。
[0009] 按照本發(fā)明的另一方面，提供了一種所述的光子晶體微球的制備方法，其特征在 于，包括以下步驟：
[0010] (1)制備光子晶體內核材料：將苯乙烯、N-異丙基丙烯酰胺、十二烷基磺酸鈉和引 發(fā)劑均勻混合，60°C至80°C下，發(fā)生乳液聚合反應5小時至10小時，制得所述聚苯乙烯-聚 異丙基丙烯酰胺共聚物納米粒子懸浮液；
[0011] (2)制備光子晶體微球前體：采用微流控技術，以步驟（1)中制得的聚苯乙烯-聚 異丙基丙烯酰胺共聚物納米粒子懸浮液為內相，以樹脂單體及引發(fā)劑體系為中間相，在連 續(xù)相水溶液的剪切力作用下形成單分散的核殼結構乳液液滴；
[0012] (3)制備光子晶體微球：將步驟（2)中得到的核殼結構乳液液滴，通過紫外光照射 使所述樹脂單體聚合，固化成樹脂，即制得所述光子晶體微球，所述紫外光波長為300nm至 400nm。
[0013] 優(yōu)選地，所述制備方法，其步驟（1)中所述苯乙烯、N-異丙基丙烯酰胺、十二烷基 磺酸鈉和引發(fā)劑的質量比例為10?20:0. 1?1:1. 6?2. 6:0. 01?0. 09。
[0014] 優(yōu)選地，所述制備方法，其步驟（1)所述的光引發(fā)劑為過硫酸鉀。
[0015] 優(yōu)選地，所述制備方法，其步驟⑵所述的連續(xù)相流速為1000 μ L/h至3000 μ L/h， 中間相流速為500 μ L/h至1000 μ L/h，內相流速為400 μ L/h至800 μ L/h。
[0016] 優(yōu)選地，所述制備方法，其步驟（2)所述的微流控技術采用的內相毛細管內徑在 20μπι至200μπι之間，收集毛細管內徑在150μπι至550μπι之間。
[0017] 按照本發(fā)明的另一個方面，提供了所述光子晶體微球的應用于生物分子檢測。
[0018] 優(yōu)選地，所述所述光子晶體微球的應用于生物分子檢測，具體包括如下步驟：
[0019] Α、光子晶體微球表面改性：將所述不同顏色的光子微球表面的丙烯酸酯水解為丙 烯酸，獲得表面改性的光子晶體微球；
[0020] Β、光子晶體微球表面接枝：將步驟Α中獲得的表面改性的光子晶體微球與生物探 針分子共價結合，使得生物探針分子與所述光子晶體微球的顏色一一對應，獲得表面具有 生物探針分子的光子晶體微球；
[0021] C、生物分子檢測：將熒光標記的待測生物樣品與步驟B中獲得的表面具有生物探 針分子的光子晶體微球充分接觸后，清洗所述光子晶體微球，檢測所述光子晶體微球上的 熒光信號，對于帶有熒光信號的光子晶體微球根據(jù)其顏色確定生物分子探針及其靶標生物 分子的種類。
[0022] 總體而言，通過本發(fā)明所構思的以上技術方案與現(xiàn)有技術相比，能夠取得下列有 益效果：
[0023] (1)本發(fā)明提供的光子晶體微球，其內核為光子晶體懸浮液，其中的聚苯乙烯-聚 (N-異丙基丙烯酰胺）共聚物納米粒子表面呈刷狀結構，容易自組裝形成有序結構，發(fā)色鮮 艷；不需要透析和離子交換，大大縮短了光子晶體懸浮液的制備周期；同時，其聚合物外殼 厚度薄透光性高，使得所述微球具有良好的光學性能；
[0024] (2)本發(fā)明提供的光子晶體微球，適應性強，能穩(wěn)定存在于各種鹽溶液。溶液pH值 對于晶體微球性能幾乎沒有影響。
[0025] (3)跟傳統(tǒng)二氧化硅編碼微球相比，本發(fā)明提供的光子晶體為單分散光子晶體微 球殼層引入了功能基團，編碼步驟少，從而有利于減少編碼所需時間。
[0026] 總體而言，通過本發(fā)明所構思的以上技術方案與現(xiàn)有技術相比，能夠取得制備周 期短，顏色鮮艷，編碼步驟少等有益效果。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0027] 圖1是核殼結構單分散光子晶體編碼微球的微流控制備示例圖；
[0028] 圖2核殼結構單光子晶體編碼微球的反射模式光學顯微鏡照片，其中圖2A為紅色 光子晶體微球，圖2B為綠色光子晶體微球，圖2C為藍色光子晶體微球；
[0029] 圖3是實施例10多元檢測后光子晶體微球的反射光譜和的熒光光譜圖，其中圖3A 是紅色光子晶體微球、圖3B是綠色綠色光子晶體微球和圖3C是藍色光子晶體微球；
[0030] 圖4是實施例10多元檢測后光子晶體微球的反射模式光學顯微鏡照片，其中圖4A 是紅色光子晶體微球、圖4B是綠色光子晶體微球和圖4C是藍色光子晶體微球；
[0031] 圖5是實施例10多元檢測后光子晶體微球的熒光照片，其中圖5A是紅色光子晶 體微球、圖5B是綠色光子晶體微球和圖5C是藍色光子晶體微球。

【具體實施方式】
[0032] 為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對 本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術特征只要 彼此之間未構成沖突就可以相互組合。
[0033] 本發(fā)明提供的光子晶體微球，包括光子晶體內核和聚合物外殼；所述光子晶體內 核直徑在270 μ m至300 μ m之間，為聚苯乙烯-聚（N-異丙基丙烯酰胺）共聚物納米粒子 懸浮液，所述聚苯乙烯-聚（N-異丙基丙烯酰胺）共聚物納米粒子的平均粒徑在llOnm至 190nm之間；所述聚合物外殼為疏水性光引發(fā)樹脂，厚度在30 μ m至50 μ m之間。
[0034] 所述疏水性光引發(fā)樹脂為含有質量比例為1%?5%丙烯酸酯的乙氧基化三羥甲 基丙烷三丙烯酸酯。
[0035] 所述聚苯乙烯-聚（N-異丙基丙烯酰胺）共聚物納米粒子的平均粒徑在llOnm至 130nm、130nm至150nm或170至190nm之間。所述聚苯乙烯-聚（N-異丙基丙烯酰胺）共聚 物納米粒子的平均粒徑?jīng)Q定了本發(fā)明提供的光子晶體微球的色彩。llOnm至130nm、130nm 至150nm或170至190nm的聚苯乙烯-聚（N-異丙基丙烯酰胺）共聚物納米粒子懸浮液 (質量比例為10%?30% )分別顯示藍色、綠色或紅色。
[0036] 本發(fā)明提供的光子晶體微球的制備方法，包括以下步驟：
[0037] (1)制備光子晶體內核材料：將苯乙烯、N-異丙基丙烯酰胺、表面活性劑（十二烷 基硫酸鈉）和引發(fā)劑均勻混合，60°C至80°C下，發(fā)生乳液聚合反應5小時至10小時，制得所 述聚苯乙烯-聚（N-異丙基丙烯酰胺）共聚物納米粒子懸浮液，其質量分數(shù)為10 %至50 %。 所述苯乙烯、N-異丙基丙烯酰胺、十二烷基磺酸鈉和引發(fā)劑的質量比例為10?20:0. 1? 1:1. 6?2. 6:0. 01?0.09。所述的光引發(fā)劑優(yōu)選為過硫酸鉀。其中十二烷基磺酸鈉的用 量，可控制聚苯乙烯-聚（N-異丙基丙烯酰胺）共聚物納米粒子的平均粒徑。
[0038] (2)制備光子晶體微球前體：采用微流控技術，以步驟（1)中制得的聚苯乙烯-聚 (N-異丙基丙烯酰胺）共聚物納米粒子懸浮液為內相，以樹脂單體及引發(fā)劑體系為中間相， 在連續(xù)相水溶液的剪切力作用下形成單分散的核殼結構乳液液滴。所述的連續(xù)相流速為 1000 μ L/h至3000 μ L/h，中間相流速為500 μ L/h至1000 μ L/h，內相流速為400 μ L/h至 800 μ L/h。所述的微流控技術采用的內相毛細管內徑在20 μ m至200 μ m之間，收集毛細管 內徑在150 μ m至550 μ m之間，端口的距離為10 μ m。
[0039] (3)制備光子晶體微球：將步驟（2)中得到的核殼結構乳液液滴，通過紫外光照射 使所述樹脂單體聚合，固化成樹脂，即制得所述光子晶體微球，所述紫外光波長為300nm至 400nm。
[0040] 本發(fā)明提供的光子晶體微球應用于生物分子檢測，尤其是多元生物分子檢測，包 括如下步驟：
[0041] A、光子晶體微球表面改性：將本發(fā)明提供的不同顏色的光子微球表面的丙烯酸酯 水解為丙烯酸，獲得表面改性的光子晶體微球；
[0042] B、光子晶體微球表面接枝：將步驟A中獲得的表面改性的光子晶體微球與生物探 針分子共價結合，使得生物探針分子與所述光子晶體微球的顏色一一對應，獲得表面具有 生物探針分子的光子晶體微球；
[0043] C、生物分子檢測：將熒光標記的待測生物樣品與步驟B中獲得的表面具有生物探 針分子的光子晶體微球充分接觸后，清洗所述光子晶體微球，檢測所述光子晶體微球上的 熒光信號，對于帶有熒光信號的光子晶體微球根據(jù)其顏色確定生物分子探針及其靶標生物 分子的種類。
[0044] 以下為實施例：
[0045] 實施例1藍色光子晶體微球及其制備
[0046] -種藍色光子晶體微球，包括光子晶體內核和光聚合物外殼，見圖2A ;所述光子 晶體內核直徑為270μπι，為聚苯乙烯-聚（N-異丙基丙烯酰胺）共聚物納米粒子懸浮液，所 述聚苯乙烯-聚（Ν-異丙基丙烯酰胺）共聚物納米粒子的平均粒徑為llOnm;所述光聚合 物外殼為疏水性光引發(fā)樹脂，厚度在30 μ m。所述疏水性樹脂為含有質量比例為1 %丙烯酸 酯的乙氧基化三羥甲基丙烷三丙烯酸酯。
[0047] 所述藍色光子晶體微球，其制備方法，包括以下步驟：
[0048] (1)制備光子晶體內核材料：將苯乙烯、N-異丙基丙烯酰胺和引發(fā)劑均勻混合， 60°C下，發(fā)生乳液聚合反應5小時，制得所述聚苯乙烯-聚異丙基丙烯酰胺共聚物納米粒子 懸浮液，其質量分數(shù)為10%。所述苯乙烯、N-異丙基丙烯酰胺、十二烷基硫酸鈉和引發(fā)劑的 質量比例為10:0. 1:2. 2:0. 01。所述的光引發(fā)劑為過硫酸鉀。
[0049] (2)制備光子晶體微球前體：采用微流控技術，以步驟（1)中制得的聚苯乙烯-聚 (N-異丙基丙烯酰胺）共聚物納米粒子懸浮液為內相，以樹脂單體及引發(fā)劑體系為中間相， 在連續(xù)相水溶液的剪切力作用下形成單分散的核殼結構乳液液滴。所述的連續(xù)相流速為 1000 μ L/h，中間相流速為500 μ L/h，內相流速為400 μ L/h。
[0050] 所述微流控技術采用的微流控芯片，按照如下方法制備：使用拉針儀和斷針儀制 作內部相毛細管和收集毛細管，錐形管口的內徑分別為20μηι和150μηι。然后把這兩個圓 形毛細管放在一個方形毛細管中，端口的距離為10 μ m。方形毛細管的端頭用環(huán)氧樹脂膠固 化
[0051] (3)制備光子晶體微球：將步驟（2)中得到的核殼結構乳液液滴，通過紫外光照射 使所述樹脂單體聚合，固化成樹脂，即制得所述光子晶體微球，所述紫外光波長為300nm。
[0052] 實施例2綠色光子晶體微球及其制備
[0053] -種綠色光子晶體微球，包括光子晶體內核和光聚合物外殼；所述光子晶體內核 直徑為280μπι，為聚苯乙烯-聚（N-異丙基丙烯酰胺）共聚物納米粒子懸浮液，所述聚苯乙 烯-聚（Ν-異丙基丙烯酰胺）共聚物納米粒子的平均粒徑為140nm，所述光聚合物外殼為疏 水性光引發(fā)樹脂，厚度在40μπι之間。所述疏水性樹脂為含有質量比例為1%丙烯酸酯的乙 氧基化三羥甲基丙烷三丙烯酸酯。
[0054] 所述綠色光子晶體微球，其制備方法，包括以下步驟：
[0055] (1)制備光子晶體內核材料：將苯乙烯、Ν-異丙基丙烯酰胺和引發(fā)劑均勻混合， 70°C下，發(fā)生乳液聚合反應6小時，制得所述聚苯乙烯-聚（Ν-異丙基丙烯酰胺）共聚物納 米粒子懸浮液，其質量分數(shù)為20%。所述苯乙烯、N-異丙基丙烯酰胺、十二烷基硫酸鈉和引 發(fā)劑的質量比例為15:0. 2:1. 8:0. 03。所述的光引發(fā)劑為過硫酸鉀。
[0056] (2)制備光子晶體微球前體：采用微流控技術，以步驟（1)中制得的聚苯乙烯-聚 (N-異丙基丙烯酰胺）共聚物納米粒子懸浮液為內相，以樹脂單體及引發(fā)劑體系為中間相， 在連續(xù)相水溶液的剪切力作用下形成單分散的核殼結構乳液液滴。所述的連續(xù)相流速為 2000 μ L/h，中間相流速為600 μ L/h，內相流速為500 μ L/h。
[0057] 所述微流控技術采用的微流控芯片，按照如下方法制備：使用拉針儀和斷針儀制 作內部相毛細管和收集毛細管，錐形管口的內徑分別為70μηι和250μηι。然后把這兩個圓 形毛細管放在一個方形毛細管中，端口的距離為100 μ m。方形毛細管的端頭用環(huán)氧樹脂膠 固化
[0058] (3)制備光子晶體微球：將步驟（2)中得到的核殼結構乳液液滴，通過紫外光照射 使所述樹脂單體聚合，固化成樹脂，即制得所述光子晶體微球，所述紫外光波長為300nm。
[0059] 實施例3紅色光子晶體微球及其制備
[0060] -種紅色光子晶體微球，包括光子晶體內核和光聚合物外殼；所述光子晶體內核 直徑為290μπι，為聚苯乙烯-聚（N-異丙基丙烯酰胺）共聚物納米粒子懸浮液，所述聚苯乙 烯-聚（Ν-異丙基丙烯酰胺）共聚物納米粒子的平均粒徑為170nm之間；所述光聚合物外 殼為疏水性光引發(fā)樹脂，厚度在40 μ m之間。所述疏水性樹脂為含有質量比例為1 %丙烯酸 酯的乙氧基化三羥甲基丙烷三丙烯酸酯。
[0061] 所述紅色光子晶體微球，其制備方法，包括以下步驟：
[0062] (1)制備光子晶體內核材料：將苯乙烯、N-異丙基丙烯酰胺和引發(fā)劑均勻混合， 70°C下，發(fā)生乳液聚合反應8小時，制得所述聚苯乙烯-聚（N-異丙基丙烯酰胺）共聚物納 米粒子懸浮液，其質量分數(shù)為30%。所述苯乙烯、N-異丙基丙烯酰胺、十二烷基硫酸鈉和引 發(fā)劑的質量比例為15:0. 5:1. 6:0. 05。所述的光引發(fā)劑為過硫酸鉀。
[0063] (2)制備光子晶體微球前體：采用微流控技術，以步驟（1)中制得的聚苯乙烯-聚 (N-異丙基丙烯酰胺）納米粒子懸浮液為內相，以樹脂單體及引發(fā)劑體系為中間相，在連續(xù) 相水溶液的剪切力作用下形成單分散的核殼結構乳液液滴。所述的連續(xù)相流速為2000 μ L/ h，中間相流速為800 μ L/h，內相流速為700 μ L/h。
[0064] 所述微流控技術采用的微流控芯片，按照如下方法制備：使用拉針儀和斷針儀制 作內部相毛細管和收集毛細管，錐形管口的內徑分別為80μηι和400μηι。然后把這兩個圓 形毛細管放在一個方形毛細管中，端口的距離為30 μ m。方形毛細管的端頭用環(huán)氧樹脂膠固 化
[0065] (3)制備光子晶體微球：將步驟（2)中得到的核殼結構乳液液滴，通過紫外光照射 使所述樹脂單體聚合，固化成樹脂，即制得所述光子晶體微球，所述紫外光波長為350nm。
[0066] 實施例4藍色光子晶體微球及其制備
[0067] -種藍色光子晶體微球，包括光子晶體內核和光聚合物外殼；所述光子晶體內核 直徑為300 μ m，為聚苯乙烯-聚（N-異丙基丙烯酰胺）共聚物納米粒子懸浮液，所述聚苯 乙烯-聚（N-異丙基丙烯酰胺）共聚物納米粒子的平均粒徑為120nm，之間；所述光聚合物 外殼為疏水性光引發(fā)樹脂，厚度在50 μ m之間。所述疏水性光引發(fā)樹脂為含有質量比例為 2 %丙烯酸酯的乙氧基化三羥甲基丙烷三丙烯酸酯。
[0068] 所述藍色光子晶體微球，其制備方法，包括以下步驟：
[0069] (1)制備光子晶體內核材料：將苯乙烯、N-異丙基丙烯酰胺和引發(fā)劑均勻混合， 75°C下，發(fā)生乳液聚合反應7小時，制得所述聚苯乙烯-聚（N-異丙基丙烯酰胺）納米粒子 懸浮液，其質量分數(shù)為40%。所述苯乙烯、N-異丙基丙烯酰胺、十二烷基硫酸鈉和引發(fā)劑的 質量比例為10:0. 4:2. 3:0. 07。所述的光引發(fā)劑為過硫酸鉀。
[0070] (2)制備光子晶體微球前體：采用微流控技術，以步驟（1)中制得的聚苯乙烯-聚 (N-異丙基丙烯酰胺）納米粒子懸浮液為內相，以樹脂單體及引發(fā)劑體系為中間相，在連續(xù) 相水溶液的剪切力作用下形成單分散的核殼結構乳液液滴。所述的連續(xù)相流速為2500 μ L/ h，中間相流速為500 μ L/h，內相流速為600 μ L/h。
[0071] 所述微流控技術采用的微流控芯片，按照如下方法制備：使用拉針儀和斷針儀制 作內部相毛細管和收集毛細管，錐形管口的內徑分別為150 μ m和400 μ m。然后把這兩個圓 形毛細管放在一個方形毛細管中，端口的距離為150 μ m。方形毛細管的端頭用環(huán)氧樹脂膠 固化
[0072] (3)制備光子晶體微球：將步驟（2)中得到的核殼結構乳液液滴，通過紫外光照射 使所述樹脂單體聚合，固化成樹脂，即制得所述光子晶體微球，所述紫外光波長為400nm。
[0073] 實施例5綠色光子晶體微球及其制備
[0074] -種綠色光子晶體微球，包括光子晶體內核和光聚合物外殼；所述光子晶體內核 直徑為300μπι，為聚苯乙烯-聚（N-異丙基丙烯酰胺）共聚物納米粒子懸浮液，所述聚苯乙 烯-聚（Ν-異丙基丙烯酰胺）共聚物納米粒子的平均粒徑為150nm;所述光聚合物外殼為 疏水性光引發(fā)樹脂，厚度在50 μ m之間。所述疏水性光引發(fā)樹脂為含有質量比例為2%丙烯 酸酯的乙氧基化三羥甲基丙烷三丙烯酸酯。
[0075] 所述綠色光子晶體微球，其制備方法，包括以下步驟：
[0076] (1)制備光子晶體內核材料：將苯乙烯、N-異丙基丙烯酰胺和引發(fā)劑均勻混合， 80°C下，發(fā)生乳液聚合反應9小時，制得所述聚苯乙烯-聚（N-異丙基丙烯酰胺）共聚物納 米粒子懸浮液，其質量分數(shù)為40%。所述苯乙烯、N-異丙基丙烯酰胺、十二烷基硫酸鈉和引 發(fā)劑的質量比例為20:0. 5:1. 9:0. 07。所述的光引發(fā)劑為過硫酸鉀。
[0077] (2)制備光子晶體微球前體：采用微流控技術，以步驟（1)中制得的聚苯乙烯-聚 (N-異丙基丙烯酰胺）共聚物納米粒子懸浮液為內相，以樹脂單體及引發(fā)劑體系為中間相， 在連續(xù)相水溶液的剪切力作用下形成單分散的核殼結構乳液液滴。所述的連續(xù)相流速為 2500 μ L/h，中間相流速為800 μ L/h，內相流速為700 μ L/h。
[0078] 所述微流控技術采用的微流控芯片，按照如下方法制備：使用拉針儀和斷針儀制 作內部相毛細管和收集毛細管，錐形管口的內徑分別為150 μ m和550 μ m。然后把這兩個圓 形毛細管放在一個方形毛細管中，端口的距離為200 μ m。方形毛細管的端頭用環(huán)氧樹脂膠 固化
[0079] (3)制備光子晶體微球：將步驟（2)中得到的核殼結構乳液液滴，通過紫外光照射 使所述樹脂單體聚合，固化成樹脂，即制得所述光子晶體微球，所述紫外光波長為400nm。
[0080] 實施例6紅色光子晶體微球及其制備
[0081] -種紅色光子晶體微球，包括光子晶體內核和光聚合物外殼；所述光子晶體內核 直徑為300μπι，為聚苯乙烯-聚（N-異丙基丙烯酰胺）共聚物納米粒子懸浮液，所述聚苯乙 烯-聚（Ν-異丙基丙烯酰胺）共聚物納米粒子的平均粒徑為180nm;所述光聚合物外殼為 疏水性光引發(fā)樹脂，厚度在40 μ m之間。所述疏水性光引發(fā)樹脂為含有質量比例為2%丙烯 酸酯的乙氧基化三羥甲基丙烷三丙烯酸酯。
[0082] 所述紅色光子晶體微球，其制備方法，包括以下步驟：
[0083] (1)制備光子晶體內核材料：將苯乙烯、N-異丙基丙烯酰胺和引發(fā)劑均勻混合， 80°C下，發(fā)生乳液聚合反應9小時，制得所述聚苯乙烯-聚（N-異丙基丙烯酰胺）共聚物納 米粒子懸浮液，其質量分數(shù)為50%。所述苯乙烯、N-異丙基丙烯酰胺、十二烷基硫酸鈉和引 發(fā)劑的質量比例為20:0. 9:1. 7:0. 09。所述的光引發(fā)劑為過硫酸鉀。
[0084] (2)制備光子晶體微球前體：采用微流控技術，以步驟（1)中制得的聚苯乙烯-聚 (N-異丙基丙烯酰胺）共聚物納米粒子懸浮液為內相，以樹脂單體及引發(fā)劑體系為中間相， 在連續(xù)相水溶液的剪切力作用下形成單分散的核殼結構乳液液滴。所述的連續(xù)相流速為 2900 μ L/h，中間相流速為1000 μ L/h，內相流速為800 μ L/h。
[0085] 所述微流控技術采用的微流控芯片，按照如下方法制備：使用拉針儀和斷針儀制 作內部相毛細管和收集毛細管，錐形管口的內徑分別為20μηι和150μηι。然后把這兩個圓 形毛細管放在一個方形毛細管中，端口的距離為10 μ m。方形毛細管的端頭用環(huán)氧樹脂膠固 化
[0086] (3)制備光子晶體微球：將步驟（2)中得到的核殼結構乳液液滴，通過紫外光照射 使所述樹脂單體聚合，固化成樹脂，即制得所述光子晶體微球，所述紫外光波長為400nm。
[0087] 實施例7藍色光子晶體微球及其制備
[0088] -種藍色光子晶體微球，包括光子晶體內核和光聚合物外殼；所述光子晶體內核 直徑為300 μ m，為聚苯乙烯-聚（N-異丙基丙烯酰胺）共聚物納米粒子懸浮液，所述聚苯乙 烯-聚（N-異丙基丙烯酰胺）共聚物納米粒子的平均粒徑為130nm;所述光聚合物外殼為 疏水性光引發(fā)樹脂，厚度在50 μ m之間。所述疏水性光引發(fā)樹脂為含有質量比例為5%丙烯 酸酯的乙氧基化三羥甲基丙烷三丙烯酸酯。
[0089] 所述藍色光子晶體微球，其制備方法，包括以下步驟：
[0090] (1)制備光子晶體內核材料：將苯乙烯、N-異丙基丙烯酰胺和引發(fā)劑均勻混合， 80°C下，發(fā)生乳液聚合反應10小時，制得所述聚苯乙烯-聚（N-異丙基丙烯酰胺）共聚物 納米粒子懸浮液，其質量分數(shù)為50%。所述苯乙烯、N-異丙基丙烯酰胺、十二烷基硫酸鈉和 引發(fā)劑的質量比例為20:1:2. 6:0. 08。所述的光引發(fā)劑為過硫酸鉀。
[0091] (2)制備光子晶體微球前體：采用微流控技術，以步驟（1)中制得的聚苯乙烯-聚 (N-異丙基丙烯酰胺）共聚物納米粒子懸浮液為內相，以樹脂單體及引發(fā)劑體系為中間相， 在連續(xù)相水溶液的剪切力作用下形成單分散的核殼結構乳液液滴。所述的連續(xù)相流速為 1000 μ L/h，中間相流速為500 μ L/h，內相流速為400 μ L/h。
[0092] 所述微流控技術采用的微流控芯片，按照如下方法制備：使用拉針儀和斷針儀制 作內部相毛細管和收集毛細管，錐形管口的內徑分別為50μηι和550μηι。然后把這兩個圓 形毛細管放在一個方形毛細管中，端口的距離為200 μ m。方形毛細管的端頭用環(huán)氧樹脂膠 固化。
[0093] (3)制備光子晶體微球：將步驟（2)中得到的核殼結構乳液液滴，通過紫外光照射 使所述樹脂單體聚合，固化成樹脂，即制得所述光子晶體微球，所述紫外光波長為400nm。
[0094] 實施例8綠色光子晶體微球及其制備
[0095] 一種綠色光子晶體微球，包括光子晶體內核和光聚合物外殼；所述光子晶體內核 直徑為300 μ m，為聚苯乙烯-聚（N-異丙基丙烯酰胺）共聚物納米粒子懸浮液，所述聚苯乙 烯-聚（N-異丙基丙烯酰胺）共聚物納米粒子的平均粒徑為150nm;所述光聚合物外殼為 疏水性光引發(fā)樹脂，厚度在30 μ m之間。所述疏水性光引發(fā)樹脂為含有質量比例為5%丙烯 酸酯的乙氧基化三羥甲基丙烷三丙烯酸酯。
[0096] 所述綠色光子晶體微球，其制備方法，包括以下步驟：
[0097] (1)制備光子晶體內核材料：將苯乙烯、N-異丙基丙烯酰胺和引發(fā)劑均勻混合， 80°C下，發(fā)生乳液聚合反應9小時，制得所述聚苯乙烯-聚（N-異丙基丙烯酰胺）共聚物納 米粒子懸浮液，其質量分數(shù)為40%。所述苯乙烯、N-異丙基丙烯酰胺、十二烷基硫酸鈉和引 發(fā)劑的質量比例為10:0. 1:2:0. 01。所述的光引發(fā)劑為過硫酸鉀。
[0098] (2)制備光子晶體微球前體：采用微流控技術，以步驟（1)中制得的聚苯乙烯-聚 (N-異丙基丙烯酰胺）共聚物納米粒子懸浮液為內相，以樹脂單體及引發(fā)劑體系為中間相， 在連續(xù)相水溶液的剪切力作用下形成單分散的核殼結構乳液液滴。所述的連續(xù)相流速為 2000 μ L/h，中間相流速為500 μ L/h，內相流速為400 μ L/h。
[0099] 所述微流控技術采用的微流控芯片，按照如下方法制備：使用拉針儀和斷針儀制 作內部相毛細管和收集毛細管，錐形管口的內徑分別為20μηι和150μηι。然后把這兩個圓 形毛細管放在一個方形毛細管中，端口的距離為10 μ m。方形毛細管的端頭用環(huán)氧樹脂膠固 化。
[0100] (3)制備光子晶體微球：將步驟（2)中得到的核殼結構乳液液滴，通過紫外光照射 使所述樹脂單體聚合，固化成樹脂，即制得所述光子晶體微球，所述紫外光波長為300nm。
[0101] 實施例9紅色光子晶體微球及其制備
[0102] -種紅色光子晶體微球，包括光子晶體內核和光聚合物外殼；所述光子晶體內核 直徑為270μπι，為聚苯乙烯-聚（N-異丙基丙烯酰胺）共聚物納米粒子懸浮液，所述聚苯乙 烯-聚（Ν-異丙基丙烯酰胺）共聚物納米粒子的平均粒徑為190nm;所述光聚合物外殼為 疏水性光引發(fā)樹脂，厚度在30 μ m之間。所述疏水性光引發(fā)樹脂為含有質量比例為5%丙烯 酸酯的乙氧基化三羥甲基丙烷三丙烯酸酯。
[0103] 所述紅色光子晶體微球，其制備方法，包括以下步驟：
[0104] (1)制備光子晶體內核材料：將苯乙烯、N-異丙基丙烯酰胺和引發(fā)劑均勻混合， 80°C下，發(fā)生乳液聚合反應10小時，制得所述聚苯乙烯-聚（N-異丙基丙烯酰胺）共聚物 納米粒子懸浮液，其質量分數(shù)為50 %。所述苯乙烯、N-異丙基丙烯酰胺、十二烷基硫酸鈉和 引發(fā)劑的質量比例為20:1:1.8:0.09。所述的光引發(fā)劑為過硫酸鉀。
[0105] (2)制備光子晶體微球前體：采用微流控技術，以步驟（1)中制得的聚苯乙烯-聚 (N-異丙基丙烯酰胺）共聚物納米粒子懸浮液為內相，以樹脂單體及引發(fā)劑體系為中間相， 在連續(xù)相水溶液的剪切力作用下形成單分散的核殼結構乳液液滴。所述的連續(xù)相流速為 3000 μ L/h，中間相流速為1000 μ L/h，內相流速為800 μ L/h。
[0106] 所述微流控技術采用的微流控芯片，按照如下方法制備：使用拉針儀和斷針儀制 作內部相毛細管和收集毛細管，錐形管口的內徑分別為200 μ m和550 μ m。然后把這兩個圓 形毛細管放在一個方形毛細管中，端口的距離為200 μ m。方形毛細管的端頭用環(huán)氧樹脂膠 固化。
[0107] (3)制備光子晶體微球：將步驟（2)中得到的核殼結構乳液液滴，通過紫外光照射 使所述樹脂單體聚合，固化成樹脂，即制得所述光子晶體微球，所述紫外光波長為400nm。
[0108] 實施例10
[0109] 本發(fā)明提供的光子晶體微球應用于多元生物分子檢測，包括如下步驟：
[0110] A、光子晶體微球表面改性：將實施例1、2、3中制備的藍色、綠色和紅色的光子微 球表面的丙烯酸酯水解為丙烯酸，獲得表面親水改性的光子晶體微球，具體操作如下：
[0111] 將三種光子晶體微球浸泡在含有10wt%四甲基乙二胺的NaOH(lmol/L)的溶液 中，輕微搖動5分鐘，然后用去離子水洗滌3次。
[0112] B、光子晶體微球表面接枝：將步驟A中獲得的表面改性的光子晶體微球與生物探 針分子共價結合，使得生物探針分子與所述光子晶體微球的顏色一一對應，獲得表面具有 生物探針分子的光子晶體微球，具體操作步驟如下：
[0113] 將實施例1中制備的藍色光子晶體微球加入lmg/mL的雞免疫球蛋白溶液中，實施 例2中制備的綠色光子晶體微球加入lmg/mL的豬免疫球蛋白溶液中，實施例3中制備的紅 色光子晶體微球加入lmg/mL的人免疫球蛋白溶液中，4°C下輕微搖動10h，用磷酸鹽緩沖溶 液（pH = 5. 7)洗 3 次。
[0114] 將所述光子晶體微球加入1?5wt %的牛血清蛋白的磷酸鹽緩沖溶液中，對光子 晶體微球表面未反應的羧基進行封閉處理1?5h。
[0115] C、生物分子檢測：將熒光標記的待測生物樣品與步驟B中獲得的表面具有生物探 針分子的光子晶體微球充分接觸后，清洗所述光子晶體微球，檢測所述光子晶體微球上的 熒光信號，對于帶有熒光信號的光子晶體微球根據(jù)其顏色確定生物分子探針及其靶標生物 分子的種類。具體操作步驟為：
[0116] 將三種顏色的編碼微球混合后，加入到待測溶液（含20 μ g/mL的熒光標記的羊 抗豬和羊抗人免疫球蛋白）中進行多元檢測，37°C下輕微搖動lh，用磷酸鹽緩沖溶液洗滌 3次。所述紅色、綠色和藍色光子晶體微球的反射光譜波長分別為625±2nm、550±2nm和 475±2nm。綠色和紅色光子晶體微球上的熒光峰為650±2nm，藍色光子晶體微球上沒有明 顯的熒光光譜，見圖3。多元檢測后的三種顏色的光子晶體微球的光學性質沒有明顯變化， 見圖4。只有紅色和綠色光子晶體微球上可以觀察到熒光，說明只有紅色和綠色光子晶體微 球和待檢物（熒光標記的羊抗豬和羊抗人免疫球蛋白）特異性結合，見圖5。
[0117] 本領域的技術人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以 限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含 在本發(fā)明的保護范圍之內。
【權利要求】
1. 一種光子晶體微球，其特征在于，包括光子晶體內核和聚合物外殼；所述光子晶體 內核直徑在270 μ m至300 μ m之間，為聚苯乙烯-聚（N-異丙基丙烯酰胺）共聚物納米粒 子懸浮液，所述聚苯乙烯-聚（N-異丙基丙烯酰胺）共聚物納米粒子的平均粒徑在llOnm 至190nm之間；所述聚合物外殼為疏水性光引發(fā)樹脂，厚度在30 μ m至50 μ m之間。
2. 如權利要求1所述的光子晶體微球，其特征在于，所述疏水性光引發(fā)樹脂為含有質 量比例為1%?5%丙烯酸丁酯的乙氧基化三羥甲基丙烷三丙烯酸酯。
3. 如權利要求1或2所述的光子晶體微球，其特征在于，所述聚苯乙烯-聚（N-異丙基 丙烯酰胺）共聚物納米粒子的平均粒徑在llOnm至130nm、130nm至150nm或170至190nm 之間。
4. 如權利要求1至3任意一項所述的光子晶體微球的制備方法，其特征在于，包括以下 步驟： (1) 制備光子晶體內核材料：將苯乙烯、N-異丙基丙烯酰胺和引發(fā)劑均勻混合，60°C至 80°C下，發(fā)生乳液聚合反應5小時至10小時，制得所述聚苯乙烯-聚（N-異丙基丙烯酰胺） 共聚物納米粒子懸浮液； (2) 制備光子晶體微球前體：采用微流控技術，以步驟（1)中制得的聚苯乙烯-聚 (N-異丙基丙烯酰胺）共聚物納米粒子懸浮液為內相，以樹脂單體及引發(fā)劑體系為中間相， 在連續(xù)相水溶液的剪切力作用下形成單分散的核殼結構乳液液滴； (3) 制備光子晶體微球：將步驟（2)中得到的核殼結構乳液液滴，通過紫外光照射使 所述樹脂單體聚合，固化成樹脂，即制得所述光子晶體微球，所述紫外光波長為300nm至 400nm。
5. 如權利要求4所述的制備方法，其特征在于，步驟（1)中所述苯乙烯、N-異丙基丙烯 酰胺和引發(fā)劑的質量比例為10?20:0. 1?1:0. 01?0. 09。
6. 如權利要求4所述的制備方法，其特征在于，步驟（1)所述的光引發(fā)劑為過硫酸鉀。
7. 如權利要求4所述的制備方法，其特征在于，步驟（2)所述的連續(xù)相流速為 1000 μ L/h至3000 μ L/h，中間相流速為500 μ L/h至1000 μ L/h，內相流速為400 μ L/h至 800 μ L/h〇
8. 如權利要求4所述的制備方法，其特征在于，步驟⑵所述的微流控技術采用的內相 毛細管內徑在20μπι至200μπι之間，收集毛細管內徑在150μπι至550μπι之間。
9. 如權利要求1至3任意一項所述的光子晶體微球應用于生物分子檢測。
10. 如權利要求9所述的光子晶體微球應用于多元生物分子檢測，其特征在于，包括以 下步驟： Α、光子晶體微球表面改性：將如權利要求1至3任意一項所述的不同顏色的光子微球 表面的丙烯酸酯水解為丙烯酸，獲得表面改性的光子晶體微球； Β、光子晶體微球表面接枝：將步驟Α中獲得的表面改性的光子晶體微球與生物探針分 子共價結合，使得生物探針分子與所述光子晶體微球的顏色一一對應，獲得表面具有生物 探針分子的光子晶體微球； C、生物分子檢測：將熒光標記的待測生物樣品與步驟B中獲得的表面具有生物探針分 子的光子晶體微球充分接觸后，清洗所述光子晶體微球，檢測所述光子晶體微球上的熒光 信號，對于帶有熒光信號的光子晶體微球根據(jù)其顏色確定生物分子探針及其靶標生物分子 的種類。
【文檔編號】C08F265/10GK104193906SQ201410391225
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年8月8日 優(yōu)先權日:2014年8月8日
【發(fā)明者】朱錦濤, 賈曉潞, 王建穎 申請人:華中科技大學